实验五(碳钢、合金钢、铸铁、有色典型组织观察)

1、实验5碳钢、合金钢、铸铁、有色金属的典型组织观察一、实验目的1、观察和研究不同类型合金材料的组织特征。2.了解牙齿合金材料的成分，显微组织对性能的影响。二、概述(a)碳钢的微观结构铁碳合金冷却后的金相显微组织基本上与铁碳相图预测的各种平衡组织一致，但碳钢的状态不均匀，即快冷下的显微组织不能用铁碳合金相分析，必须用过冷奥氏体转换曲线c曲线来确定。图1是空缺碳钢的等温转换c图。图1碳钢的c图同步分析根据冷却条件，过冷奥氏体根据温度范围发生不同类型的变化。通过金相显微镜观察，可以看出过冷奥氏体的各种转化产物的组织形态不同。碳钢过冷奥氏体徐璐在不同温度下变化的组织特性和性能见表1。表1空缺碳钢过冷奥氏

2、体徐璐不同温度变化的组织特征和性能转换类型组织名称温度范围形成()金相性质经度(hrc)珍珠岩体型变化。珍珠岩(p)650铁索体和渗碳体的分层组织可用400500倍金相显微镜观察 20(hb 180-200)小氏体(s)600-650800-1000倍以上的显微镜能分辨分层特征，低倍率镜子下的分层模糊25-35屈体(t)550-600用光学显微镜观察，只有在电子显微镜(5000-15000x)才能看到黑色块状组织35-40贝氏体变态上方托架体(b上方)350-550金属显微镜下暗灰色的羽状特征40-48河北骑士(b下)230-350金相显微镜下具有黑色针叶树模样的特征。48-58马滕网站变态马

3、氏体网站(m)230正常淬火温度下的针状马氏体网站(银晶马氏体网站)，过热淬火时的粗片状马氏体网站62-651、钢退火和标准化组织亚孔分析成分的碳钢(如40，45钢等)一般使用完全退火，退火后可以得到大致平衡状态的组织。过孔分析成分的碳工具钢(如t10、t12钢等)均采用球化退火，球化退火后获得粒状珠光体组织。t12钢在球化退火后组织的二次细弹体和珠光体的细弹体变成粒子。如图2所示。图中均匀分布的显微粒状组织是粒状渗碳体。图2 t12钢球化退火后的显微组织(500)图3 45钢净化后的显微组织(500)净化的冷却速度比退火的冷却速度快，因此45钢净化后的组织比退火后的组织细，珍珠岩的相对含量也

4、比退火组织多(见图3)。2、钢淬火组织根据fe-fe3c相图，将45钢加热到760c奥氏体，然后冷却到水中，称为不完全淬火，在牙齿温度下加热时，部分铁素体还没有熔化到奥氏体中，经淬火后，得到马氏体和铁素体组织。金相显微镜下观察到的是在深色针状马氏体基底上分布着白色块状铁素体。如图4所示。图4 45钢760 c不完全火后显微组织(500)图5 45钢正常火后显微组织(500)如图5所示，45钢正常加热淬火，就能得到细针状马氏体。马氏体网站针很小，在显微镜下很难分辨。如果将淬火的温度提高到1000c(过热)，奥氏体晶粒的粗糙度就会得到图6所示的粗针状马氏体组织。45钢加热到正常淬火温度，然后在油中

5、冷却，冷却速度不足，结果组织变成马氏体和部分屈体(或少量的托架)。图7是45钢加热到860后油冷的显微组织，亮白色为马氏体，黑色团块分布在晶界的屈氏体。t12钢的780c正常温度淬火的显微组织除了图8所示的小马氏体网站外，还有未溶于奥氏体的渗碳体(亮白色粒子)。t12钢在高温下淬火时，微细组织中出现粗马氏体，一定量的残余奥氏体(亮白色)存在于马氏体之间，如图9所示。图6 45钢1000 c过热后显微组织(500)图7 45钢840 c油经常淬火后的显微组织(500)图8 t12钢780 c正常淬火的显微组织(500)图9 t12钢1000 c过热后的显微组织(500)3、淬火后回火组织钢淬火后

6、得到的马氏体和残余奥氏体都倾向于转换为稳定的铁素体和渗碳体的两相混合物组织。通过回火可以加热钢铁，提高原子活动能力，从而促进牙齿切换过程的进行。淬火后得到的组织因温度的不同而不同，一般根据组织特征分为以下三种：(1)回火马氏体网站淬火钢经过低温化(150-250)，马氏体网站内的过饱和碳原子熔化，维持母相和攻击关系的碳化物称为石化马氏体。回火马氏体仍保持着针状特性，但容易被侵蚀，因此它是比图10所示浸泡的马氏体颜色更深、颜色更深的黑色针状组织。(大卫亚设，美国电视电视剧)图10 45钢正常淬火200 c回火后的组织(500)(2)回火折射体淬火钢通过重温化(350-500c)，在铁素体气体中散

7、布微小颗粒细弹体的组织称为回火屈体。回火屈体的铁索体仍然基本保持着原来的针状马氏体网站形态，渗碳体是微观粒子型，不能通过光学显微镜轻易分辨，因此是暗黑色，如图11(a)所示。通过电子显微镜可以看到牙齿三碳体质点，如图11(b)所示，化合弯体仍然保持着针状马氏体的方向。图11 45钢860c淬火400c回火后的显微结构(500)(3)回火索氏体从500-650c(500-650c)获得的组织的特点是，如图12(a)所示，已经聚集的渗碳体粒子均匀分布在铁素体气体中。使用电子显微镜可以看到，如图12(b)所示，火焰烧结体的铁氧体不是针状的，而是等轴的形状。图12 45钢860c淬火400c回火后的组

8、织(500)(b)合金钢的显微结构合金钢根据合金元素含量可分为三种茄子。总合金元素的5%称为低合金钢。合金元素为5% 10%的聚合金刚。10%的合金元素称为高合金钢。普通合金结构钢，合金工具钢是低合金钢。添加了合金元素，铁的碳相图有所变化，但平衡状态的微观结构与碳钢没有本质区别。低合金钢热处理后的显微结构与碳钢没有本质区别。但是加入合金元素后，将c曲线向右移动(不包括co)，在较低的冷却速度下也能得到马氏体网站组织，这是有区别的。例如，40cr钢的组织与40钢调质后的组织基本相同，是回火的烧结体。gcr15钢840 的油淬火、低温回火后的微结构与t12钢780 的水淬、低温回火后的微结构一样，

9、回火马氏体网站和碳化物。合金钢的种类很多，实验只选择高铁进行观察和分析。高速钢是常用的高合金工具钢，如w18cr4v。它含有很多合金元素，所以在铁碳相上e点大幅度向左移动，只含有0.7% 0.8%的碳，但仍能得到莱氏体组织，所以也称为莱氏体钢。1.高铁在铸造状态下类似于亚共晶白口铸铁的组织。在一般铸造条件下，有以鱼骨型合金碳化物为特征的共晶莱氏组织。图13显示了w18cr4v钢的铸造组织。用金相显微镜观察时，除了共晶莱氏外，还有暗黑色的钨孔分析体组织和少量的马氏体网站(亮白色部分)。高速钢铸态的组织具有严重的成分和组织不均匀性，影响了性能，但之后要粉碎锻造、轧制、莱氏体网络，使碳化物均匀分布。

10、(大卫亚设，美国电视电视剧)2.高速钢锻造退火组织：高速钢铸造组织不是很均匀。特别是在共晶组织中粗碳化物的存在大大降低了钢的性能，因此高速钢铸后必须经过锻造、退火改善碳化物的分布。用金相显微镜观察其组织，以小氏体碳化物。图14显示了w18cr4v钢锻造和退化的显微组织。其中，粗的浅色颗粒为第一次共晶碳化物，小的为第二次碳化物，烧结气体的超细共晶碳化物，退火后的硬度为hb207255。图13 w18cr4v钢铸造状态的显微组织(800)图14 w18cr4v钢锻造和退火后的显微组织(500)3.高速钢淬火组织：淬火加热温度一般为1260 1280，高温加热的目的是在奥氏体中溶解更多的碳化物。淬火

11、后马氏体的合金元素含量高，回火后钢的红、硬、耐磨性能好。淬火中有油冷或空冷，其显微组织为马氏体网站不溶性碳化物残留奥氏体(仍为20% 30%)。马氏体是一种看不见的针，该针很难表示，但是如图15所示，在突出的奥氏体晶界和晶粒内分布的不溶解碳化物，淬火的硬度约为hrc 61 62。4、高速钢淬火后要经过三次回火，其组织由回火马氏体网站、碳化物、少量残余奥氏体(约2% 3%)组成。回火后的硬度为hrc 63 65，如图16所示。图15 w18cr4v钢1280 c淬火后的显微组织(500)图16 w18cr4v钢淬火和三次回火后的显微组织(500)(c)铸铁的微观结构不同铸铁在结晶过程中的石墨化度

12、不同，可以分为白铸铁、灰铸铁、马朱铁。白口铸铁：其组织具有赖斯体的特征，非玻璃石墨，即所有碳作为碳化物存在于铸铁中。灰铸铁：全部或大部分碳是石墨，存在于铸铁中。灰铸铁的组织特征是钢的基体上分布着片状石墨。根据气体组织，灰铸铁可分为铁素体灰铸铁。铁氧体珠光体灰铸铁；珠光体灰铸铁。如图17所示，石墨是分布在白色明亮颜色的铁索体气体中的铁索体灰铸铁的显微组织。图18是铁素体珠光体灰铸铁，其中除黑灰色条纹石墨外，暗黑色基体为珠光体，亮白色部分为铁素体。铸铁：其组织特征介于白色铸铁和灰色铸铁之间。也就是说，表面是白色铸铁，中心是灰色铸铁。白色铸铁和马朱铁由于莱氏体组织存在，所以有更大的脆性，很少应用于工

13、业。图17铁素体灰铸铁的显微组织(100)图18铁素体-珠光体灰铸铁的显微组织(100)根据铸铁石墨的形态、大小和分布，铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。可锻铸铁：可锻铸铁又称可展性铸铁，白色铸铁通过石墨化退化获得，其渗碳体分解，形成块状石墨。根据该组织，可锻铸铁分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。图19是石墨称为暗灰色块，亮白色颗粒为气体的铁索体气体价团铸铁的显微组织。图19铁素体基可锻铸铁的显微结构(100)球墨铸铁：球墨铸铁的石墨是球形的。它被球形化成镁，钙，稀土元素球化剂，石墨变成球形。石墨为球形，对气体的弱化作用最小，因此球墨铸铁的金属气体强度利用率达到70%到90%(灰铸铁只有

14、30%左右)，其机械性能远远优于普通灰铸铁和可锻铸铁。图20(a)为铁素体气体球墨铸铁的显微组织，亮白色颗粒为铁素体气体，灰色球体为石墨。图20(b)是铁素体-珠光体气体球墨铸铁的显微组织，暗黑色基体是珠光体，分布在球形石墨周围的亮白色气体是铁素体。图20球铁的组织(100)如上所述，铸铁的气体由铁素体和珠光体组成，因此显然，通过热处理可以改变气体组织，从而改善铸铁的机械性能。特别是球墨铸铁经常通过净化、淬火、等温火提高机械性能。球墨铸铁的主要目的是增加气体中的珠光体数，提高球铁的强度和耐磨性。球墨铸铁淬火及回火处理后得到回火索氏体，具有更高的综合机械性能。经过球墨铸铁等温淬火的组织是河北体，

15、部分马氏体和少量残余奥氏体，这种组织不仅具有较高的综合机械性能，而且耐磨性好，抗应力小。(d)有色金属和合金1、铝合金铝合金密度低(2.65 2.9)，强度高，广泛用于机械工业，尤其是航空工业。铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金：铸造铝合金中应用最广泛的是铝硅合金，通常被称为硅铝。典型等级为zl102，含硅10% 13%，从al-si合金相可知，硅铝合金成分靠近共晶点，由厚针状硅晶体和alpha固溶体组成的共晶体，以及如图21(a)所示的多面体形状的超生硅晶体组成。这种粗针状的硅晶体严重降低了合金的塑性。为了提高硅铝的力学性能，一般进行变质处理。也就是说，在浇注之前，在合金熔体中加入

16、占合金重量2 3%的变质剂(通常为2/3naf 1/3nacl)。处理后，将合金的共晶点从11.6%si向右移动，组织成超生alpha固溶体枝晶(白量)和小共晶(黑基) (黑基)，提高合金的强度和塑性。图21(b)所示。图21铸造铝合金(zl102)的组织结构(100)变形铝合金：硬铝是al-cu-mg基时效合金的重要变形铝合金。因为它的强度和硬度高，所以叫硬铝。在外国也被称为杜拉铝。在现代机械制造和飞机制造中得到了广泛的应用。合金中形成了cual 2(相)和cumgal2(s相)。牙齿两个阶段在加热时可溶于合金的固溶体，以后在时效热处理过程中形成“浓缩区”、“过渡相”，加强合金。cumgal2(s相)在合金化过程中起着更大的作用，通常被称为强化相。2，铜合金业界广泛使用的铜合金包括铜锌合金(黄铜)、铜锡合金(锡青铜)、铜铝合金(铝青铜)、铜铍合金(铍青铜)和铜镍合金(白色铜)。这里以黄铜为例进行了分析研究。黄铜是cu-zn合金，常用的黄铜是单相黄铜和钚两相黄铜。钚单相黄铜：锌低于39%的黄铜是单相溴固溶体，典型的品牌是h70(即三七黄铜)。铸造组织：alpha固溶体在树脂上(被氯化铁溶液腐蚀后，枝晶主轴是铜丰富明亮